差分增强系统分类和局域差分GPS技术..
GPS差分技术
GPS差分技术GPS差分原理编辑词条该词条缺少摘要图、基本信息栏、词条分类，补充相关内容帮助词条更加完善！立刻编辑>>单GPS系统提供的定位精度是优于25米，而为得到更高的定位精度，通常采用差分GPS技术：将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测。
根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时将这一数据发送出去。
用户接收机在进行GPS观测的同时，也接收到基准站发出的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。
目录1简介2详细内容3单站GPS的差分4局部区域系统5广域差分6载波相位1简介GPS提供两种定位服务，即精确定位服务(PPS)和标准定位服务(SPS)。
精确定位服务(PPS)将提供水平为17．8m(2dRMS)和垂直为27．7m(2口)的预测定位精度，三维中的每维为0．2m/s(2口)的速度精度，90ns的时间精度。
精确定位服务(PPS)采用P码调制双频发射和接收。
它仅提供于美国和其盟国的军事、联邦政府的用户及有限的获准的民用用户。
标准定位服务(SPS)采用C/A码调制、单频发射和接收。
它公开提供于民用、商用和其他用户。
尽管标准定位服务(SPS)可提供优于30m(2dRMS)的定位精度，但出于美国国家的利益，美国国防部人为地引人选择可用性(SA)使其水平定位精度降低至100m(2dRMS)，垂直定位精度为156m(2a)，时间精度为175ns。
由于精确定位服务(PPS)不公开提供，而标准定位服务(SPS)又人为地降低了定位精度，致使需要高精度定位的民用用户使用差分技术，提高标准定位服务(SPS)的定位精度，从而形成了差分全球定位系统，简称DGPS。
DGPS简单的工作原理：把已知的测定点作为差分基准点，在差分基准站安装基准GPS接收机，并用GPS接收机连续地接收GPS 信号，经处理，与基准站的已知位置进行比对，求解出实时差分修正值，以广播或数据链传输方式，将差分修正值传送至附近GPS用户，以修正其GPS定位解，提高其局部范围内用户的定位精度。
卫星导航差分系统和增强系统（六）
卫星导航差分系统和增强系统（六）+刘天雄3 完好性增强系统及其实现方案3.1 完好性分析卫星导航系统提供的服务是单方向的，系统对提供的定位精度和质量没有闭环监测和反馈能力。
基本导航系统没有快速告警手段和通道，系统发生异常情况或中断情况时不能及时把告警信息通报用户，可能导致大量用户仍使用错误的导航信息，引发生命安全事故。
完好性增强主要是利用地面监测站网络，监测导航信号健康状态，结合伪距观测量的状态域改正数或者观测值域改正数生成相应的完好性信息，在系统出现故障或者异常情况下及时告知用户，卫星导航系统完好性概念示意如图16所示。
完好性增强技术的本质是及时有效地识别、剔出导致卫星导航PNT服务不可信的各类因素。
空中交通管理是为了有效地维护和促进空中交通安全，维护空中交通秩序，保障空中交通畅通，根据通信系统、导航系统和监视系统的信息，实施空中交通管理，包括空中交通服务、空中交通流量管理、空域管理三方面内容。
民航起降过程如图17所示。
为空中交通管理提供导航信息的系统有定向机/无方向信标（DF/NDB）、仪表着陆系统（ILS）、甚高频全向信标（VOR）、测距器（DME），以及卫星导航系统及其增强系统。
卫星导航系统在民用航空中的应用包括航路（En-route）、终端区（Terminal）、进近（Approach）、着陆（Surface）和起飞（Departure）等环节，其中进近又可以细分为非精密进近（Non-precision approach，NPA）、一类垂直引导进近（approach with图16 完好性概念示意（HPL代表水平保护门限，HAL代表水平告警门限）图17 SBAS和GBAS系统引导民航起降vertical guidance-I，APV-I）、二类垂直引导进近（APV-II）、一类精密进近（CAT-I）、错误进近（Missed approach）、二类精密进近（CAT-II）和三类精密进近（CAT-III）。
差分GPS系统有什么作用？（上）
Nov2012Satelliteclassroom卫星课堂图１ ＧＰＳ系统导航和定位要求差分GPS系统有什么作用？（上）第十三讲一 背景不同的导航和定位应用对定位精度的要求是完全不同的。
对于开阔空间的导航，如开阔海域的水面舰艇以及商用货轮的导航，以及从航线、航路到非精密进近阶段的飞机导航，数十米的水平精度就已经足够了。
但是，许多重要的应用对定位精度有更高的要求。
在能见度很差的情况下，船舶进出港口和机场地面车辆道路引导要求达到米级的水平定位精度，飞机精密进近要求米级的垂直定位精度。
国际民航组织在其《航空GNSS完好性监测系统》（ICAO GNSSSARPs）草案第七版规定，民航客机利用GPS定位数据实现初始进近（非精密进近）时，GPS水平定位精度应不劣于220m，对垂直定位精度没有要求；I类精密进近时，GPS水平定位精度应不劣于16m，垂直定位精度应不劣于7.7m；而民航客机盲降（CAT III）时，要求GPS水平定位精度不劣于6m，垂直定位精度应不劣于2m。
还有一些特殊行业应用需要更高的定位精度，例+ 刘天雄050Copyright©博看网. All Rights Reserved.Satellite& Network如，水库或水电站的大坝由于水负荷的重压而产生变形，危及坝体的安全，需要对大坝外观变形进行连续而精密的监测，监测精度要求为亚毫米级。
滑坡是指在一定环境中斜坡岩土在重力作用下，由于内外因素的影响，使其沿着坡体内一个或几个软弱面（带）发生剪切下滑现象。
对水库、山区高速公路、铁路等附近区域滑坡体的三维变形实时监测，规避山体滑坡造成的民众人身安全风险十分必要，监测精度要求为毫米级。
如此高的定位精度要求仅仅单独靠GPS系统是无法实现的。
大地测量、航空和航海等GPS系统高端用户对定位精度和导航信号完好性要求如图1所示。
如何进一步提高GPS导航和定位的精度呢？要解决这个问题，就要先了解差分GPS。
[工程科技]广域差分GPS技术
![[工程科技]广域差分GPS技术](https://img.taocdn.com/s3/m/eb649e5ff46527d3240ce0b6.png)
WADGPS的工作流程
WADGSP系统一般有一个主控制站、若干个GPS卫星跟踪站（又称基准 站或参考站）、一个差分信号播发站、若干个监测站、相应的数据通 讯网络和若干个用户站组成。系统的工作流程可以分为五个步骤： (1) 在已知精确地心坐标的若干个GPS卫星跟踪站上，跟踪接收 GPS卫星的广播星历、伪距和载波相位信息等； (2)跟踪站所获得的这些信息，通过数据通讯网络全部传输到主控 站； (3)在主控站计算出相对于广播星历的卫星轨道误差改正、卫星钟 差改正及电离层时间延迟改正。 (4)将这些改正通过信号播发站（数据通讯网络）传输到用户站。 (5) 用户站利用这些改正值来改正它们所接收到的GPS信息，进行 C/A吗伪距单点定位以改善用户站的GPS导航定位精度。
数学模型（差分改正数的计算方法）
数学模型（差分改正数的计算方法）
与普通差分不相同
普通差分是考虑的是误差的综合影响 广域差分对各项误差加以分离，建立各自的改正模型
用户根据自身的位置，对观测值进行改正
差分观测值改正的计算方法
1. 用消除电离层影响的双差观测值确定并外推 轨道 2. 用基准站的双频观测值计算电离层改正参数 3. 把电离层模型和轨道作为已知值确定卫星钟 差
GPS广域差分技术
武汉大学卫星导航定位技术研究中心
差分GPS：利用相对定位思想实现米级精度的实时定位技术
1.局域（常规）差分GPS（LADGPS/CDGPS）
原理：利用单基准站确定的伪距误差修正值修正用户伪距 特点：受距离限制，基准站作用半径（100-200km）
2.局域网差分GPS（LANGPS）
广域增强差分GPS（WAAS）
工作方式
将主控站计算出来的广域差分改正信息，通过地球站传到地球同步卫星，该同步 卫星以GPS的L1频率为载波，将上述差分改正信息当作GPS导航电文转发给用户 站。
差分定位
一、差分定位对差分GPS技术的介绍主要分为一下三个方面：1：差分系统的种类；2：差分校正量的产生；3：几种实际的差分系统。
差分GPS的核心思想：差分GPS系统包括一个或多个安装在已知位置点上的GPS接收机作为基准站接收机，通过基准站接收机对GPS卫星信号的测量而计算出差分校正量，然后将差分校正量播发给位于差分服务范围内的用户接收机，以提高用户接收机的定位精度。
尽管差分系统都是基于这样一个相同的思路，但是他们仍可能具有各自不同的运行环境，操作方式和服务性能。
1，根据系统所服务的地理方位来分，差分GPS通常分为局域，区域和广域三大类，他们拥有不同长度的基线距离。
关于基线的讨论：考虑到差分系统的出发点主要在于消除卫星时钟，卫星星历，电离层延时和对流层延时误差，我们可以这样理解所谓的基线长短：如果这些误差量经差分校正后的残余要小于多路径和接收机噪声，那么这些误差成分在用户与基准站处的空间相关性较高，此时的基线称为短基线，否则称为长基线。
显然,基线的长短与否还要看电离层和对流层的稳定度等情况。
由于，对流层延时的局部性较强，因而，在用户与基准站两端最好利用对流层延时模型等方法对各自的测量值分别同时进行对流层延时误差校正，使对流层延时不再成为差分校正量的一部分，从而让差分系统容忍更长的基线距离2，根据差分校正的目标参量不同，差分GPS主要分为位置差分，伪距差分，载波相位平滑后的伪距差分以及载波相位差分四种。
（1）位置差分：位置差分系统认为基准站接收机的定位误差与用户接收机的定位误差相关，于是它将基准站接收机的定位值与经精密测绘得到的真实值之差作为差分校正量并将之播发出去，用以对用户接收机进行直接校正。
虽然位置差分的思路相当简单，但是他有一个严重缺陷：为了让处于不同位置的基准站接收机与用户接收机更大程度的拥有一个相同的定位结果误差，这两个接收机必须至少采用同一种定位算法和同一套卫星测量值组合，而在这实际操作中会遇到很多困难。
GPS定位原理 绝对定位 相对定位 差分模型 单点差分 局域差分 广域差分
第四章GPS定位原理GPS绝对定位（单点定位、伪距定位）静态绝对定位动态绝对定位GPS相对定位（差分定位？）静态相对定位动态相对定位第一节 GPS绝对定位GPS绝对定位：是一个用户利用GPS接收机，以地球质心为参考点，对卫星信号进行接收和观测，确定接收机天线在WGS-84坐标系中的绝对位置，又称单点定位或伪距定位。
GPS绝对定位基本原理：以GPS卫星和用户接收机天线之间的距离观测量为基准，根据已知的卫星瞬时坐标，来确定用户接收天线所对应的位置。
现令 : (X j Y j Z j) 为卫星 j 的已知坐标, j = 1，2 …n。
2、绝对定位的精度评价:（1）平面位置精度因子HDOP（2）高程精度因子VDOP（3）空间位置精度因子PDOP（4）几何精度因子GDOP（5）接收机钟差精度因子TDOP注:1）DOP值∝ 1/V , V为星站六面体的体积。
2）亦要考虑大气传播误差的影响。
第二节 GPS相对定位GPS相对定位：是利用两台或两台以上GPS接收机分别安置在不同的GPS点上，并同步观测相同的GPS卫星，将所获得观测值按一定的方法进行差分处理，消除一些误差对各观测值影响的相关部分，然后再进行解算，可以获得GPS点间的相对位置或基线向量。
GPS相对定位数学模型载波相位测量的观测方程:1、一次差分观测值:1) .站际一次差分观测※其消除了与卫星有关的误差(星钟误差等)影响,削弱了大气传播误差(电离层和对流层折射误差)影响。
2).星际一次差分观测※其消除了与接收机有关的误差(机钟误差等)影响,削弱了大气传播误差(电离层和对流层折射误差) 的影响。
3).历元间一次差分观测※其削弱了大部分误差的影响,同时消去了N0( 初始整周模糊度 )。
2、二次差分观测值:1).站际与星际二次差分观测值:消除了与测站、卫星有关的误差，减弱了对流层折射和电离层折射的误差2).星际与历元间二次差分观测值:消除了与测站、卫星有关的误差，减弱了对流层折射和电离层折射的误差，同时消去了N0 (初始整周模糊度)。
卫星导航差分系统和增强系统（一）
一、卫星导航系统性能的基本要素精度、完好性、连续性、可用性是评价一个卫星导航系统性能的基本要素，其中：1、精度是在给定时间内，接收机给出位置和速度的测量值与真值之间的一致性的度量。
当前卫星导航系统民用定位精度为10m （95％），授时精度为100ns（95％），10m 的定位精度可以满足大部分用户的使用要求。
例如，对于开阔海域的水面舰艇以及商用货轮的导航，以及从航线、航路到非精密进近阶段的飞机导航，数十米的水平精度就已经足够了。
但是在船舶进港、船舶靠岸、狭窄航道航行等特殊场景，定位精度要求到米级；飞机精密进近、大地测量、国土测绘等应用领域，10m的定位精度也远远不能满足应用要求；实时监测水库、高速公路、铁路等附近山体的三维形变，监测精度要求为毫米级；水库或水电站的大坝由于水负荷的重压而产生变形，危及坝体的安全，需要对大坝外观形变进行连续而精密的监测，监测精度则要求为亚毫米级。
如此高的定位精度要求，仅仅单独靠卫星导航系统的能力是无法实现的。
2、完好性是当系统出现异常、故障或精度不能满足设计指标要求时，系统向用户发出实时“不可用”告警的能力，一般用系统不能提供完好性服务的风险概率表示。
没有完好性保证的定位、授时和授时服务，就无法成为用户可以依靠的系统，尤其是那些涉及生命安全相关的应用领域，对卫星导航系统的完好性提出了较高要求，这些要求超出了卫星导航系统自身的服务能力。
涉及生命安全的交通运输领域利用卫星导航系统开展导航应用时，用户更加关注的是当系统处于95％服务可用性之外时，系统的完好性相关服务。
虽然卫星导航系统自身具有一定的完好性监测能力，地面运行控制系统通过接收导航信号和卫星自身健康状态来监测卫星的状态，然后将监测的告警信息上注给卫星并再由卫星以导航电文方式广播给用户，这个周期一般是一个小时，最短也需要15分钟。
卫星导航差分系统和增强系统（一）+刘天雄——什么是卫星导航系统的性能增强？——什么是卫星导航差分系统？——什么是卫星导航增强系统？——卫星导航增强系统分类及技术特点几何？不同应用领域对卫星导航系统完好性要求不同，例如：①船舶在远洋航路上航行时，对完好性要求相对较低，依靠卫星导航系统提供的完好性保障能力，以及用户接收机内部提供的自主完好性监视，就可满足使用要求；而对于船舶进港与靠岸来说，这个告警时间是不能满足用户需求的，需要建设专门系统在提高定位精度的同时增强卫星导航系统的完好性，保证船舶进港和靠岸的安全。
差分gps——精选推荐
GPS定位技术——差分GPS技术一、GPS系统的提出全球定位系统是美国国防部部署的一种卫星无线电定位导航与报时系统,GPS是全球定位系统的简称。
20世纪50年代后期,美国派侦察船跟踪侦察苏联向太平洋发射洲际弹道导弹时发现,如果知道导弹轨迹,就可推出船的位置,那么导弹换成在轨卫星也行。
在此思想指导下,1958年底,美国海军委托霍普金斯大学应用物理实验室研究军用舰艇导航服务的卫星系统,即海军导航卫星(又称子午仪导航系统),于1964年1月研制成功,用于北极星核潜艇的导航定位并逐步用于各种军舰导航定位。
尽管子午仪导航系统已得到广泛的应用,并显示出巨大的优越性,但也存在严重缺陷,一台接收机需观察15次合格卫星通过才能达到10m的单点定位精度,而且只能给出2维坐标———经度和纬度,不能给出高程。
鉴于子午仪导航系统存在的缺陷及海陆空三军和民用部门对导航要求越来越高,美国于1973年正式开始GPS的研究和论证工作。
开始方案是24颗卫星平均分布在互成120°的3个轨道平面上,对于地球上的任何位置均能同时观测到6~9颗,后调整为18颗卫星分布在互成60°的6个轨道面上,每个轨道面上布3颗,彼此相距120°,从一个轨道面到下一个轨道面的卫星错动40°,保证地球上任何一点均能同时观察到4颗星,经过一段实验后于1990年初对卫星配置进行第三次修改,最终由21颗工作卫星和3颗在轨备用星组成,于1993年建成(如图1)。
除了美国的GPS之外,俄罗斯也拥有类似系统———全球导航卫星系统,于1995年建成,我国于2000年先后发射了两颗自行研制的“北斗导航试验卫星”,构成北斗导航系统,标志着我国将拥有自主研制的第一代卫星导航定位系统。
二、GPS系统的组成GPS系统由导航星座、地面台站和GPS接收机3部分组成。
导航星座由21颗工作星和3颗备用星,分布在6条轨道上,轨道呈圆形,偏心率为0·01,轨道高度20200km,倾角55°,运行周期为12小时,每颗星以1575·42Hz和1227·60Hz两种频率为军事用户播发加密的高精度导航数据(P码),定位精度可达10米,测速精度0·1m/s,授时精度为10ns,同时以1575·42Hz的频率为民用用户播发精度较低的导航数据(C/A码),定位精度100米。
卫星导航增强系统：SBAS综述
MSAS系统(xìtǒng)构 成
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GPS理论(lǐlùn)与应用 20.卫星导航增强系统：SBAS
日本的多功能卫星星基增强系统（MSAS）已于2007 年9月实现初始运行，完成了地面系统以及两颗 MTSAT卫星的集成、卫星覆盖区域测试以及MTSAT卫 星位置的安全评估和运行评估测试（包括卫星信号功 率测试、动静态定位测试和主控站备份切换测试等）。 测试表明，MSAS能够很好地提高日本偏远岛屿机场的 导航服务性能，满足国际民航组织(zǔzhī)（ICAO）对非 精密近进阶段（NPA）等方面的要求。
当前卫星导航增强系统所采用的增强技术分类
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GPS理论与应用 20.卫星导航增强(zēngqiáng)系统：SBAS
•1.1美国广域增强系统
广域增强系统（Wide Area Augmentation System，简称 WAAS）是由美国联邦航空局（FAA）开发建立的一 个主要(zhǔyào)用于航空领域的导航增强系统，该系统通 过GEO卫星播发GPS广域差分数据，从而提高全球定 位系统的精度和可用性。
③EGNOS数据访问服务，定位精度小于1m，已于 2012年7月开始服务。
第六章 GPS差分定位技术基本原理
1.0 34.4 103.2
差分GPS的分类
根据时效性
实时差分 事后差分
坐 标 改 正
根据观测值类型
伪距差分 载波相位差分
分改正数
位置差分（坐标差分） 距离差分
根据工作原理和差分模型
局域差分（LADGPS – Local Area DGPS）
如何缩短观测时间，是研究和关心的热点。 缩短静态相对定位的观测时间关键在于快速而可靠地确定整周未知数。
理论和实践表明，在载波相位观测中，如果整周未知数已经确定， 则差分定位精度不会随观测时间的延长而明显提高。
准动态差分定位
接收机在移动过程中必须保持对观测卫星的连续跟踪
在高精度静态差分定位中，当仅有两台接收机时，一 般应考虑将单独测定的基线向量联结成向量网（三角 网或导线网），以增强几何强度，改善定位精度。
２．扩展伪距差分（广域差分） 在一个广阔的地区内提供高精度的差分ＧＰＳ服务，将若 干基准站和主站组成差分ＧＰＳ网。 主站接收各个监测站差分ＧＰＳ信号，组合后形成扩展区 域内的有效差分ＧＰＳ改正电文，再把扩展ＧＰＳ改正信 号发送出去给用户接收机。 广域差分ＧＰＳ的基本思想:
对ＧＰＳ观测量的误差源加以区分，将每一误差源的数值通过数 据链传输给用户站，改正用户站的ＧＰＳ定位误差 引入电离层模型、对流层模型和卫星星历误差估算(包括卫星钟差 改正) 星历误差：扩展差分依赖区域精密定轨确定精密星历取代广播星 历。 大气时延误差（电离层时延和对流层时延）：广域差分通过建立 精密区域大气时延模型，精确计算大气时延量。改正模型 卫星钟差误差：广域差分可计算出卫星钟各时刻的精密钟表值。
第六章 差分GPS
第六章差分GPS一、影响卫星导航定位绝对定位精度的主要因素有哪些？第一类误差：公共误差——卫星钟差；大气延迟（对流层延迟、电离层延迟）星历误差。
第二类误差：传播延迟误差——不能由用户测量货校正模型计算的误差。
第三类误差：接收机固有误差——内部噪声、通道延迟、多路径效应。
二、了解静态相对定位以及动态相对定位概念。
静态相对定位：将两台接收机分别安置在基线的两个端点，其位置静止不动，并同步观测相同的4颗以上的GPS卫星，确定基线两个端点在协议地球坐标系中的相对位置，这种定位模式称为相对定位。
动态相对定位：即是将一台接收机设置在一个固定的观测站（或基准站），基准站在协议地球系中的坐标是已知的。
另一台接收机安装在运动的载体上，载体在运动过程中，其上的GPS接收机与固定观测站上的接收机同步观测GPS卫星，以实时确定运动点于每一观测历元的瞬时位置。
在相对定位中，由基准站通过数据链发送修正数据，用户站接受该修正数据应对其测量结果进行改正处理，以获得精确的定位结果。
由于用户接受基准站的修正数据，对用户站观测进行改正，这种数据处理本质上是求差处理（差分），以达到消除或减少相关误差的影响、提高定位精度，因此GPS相对定位又称为差分GPS定位。
三、简述差分GPS的基本原理。
定义：通过在固定测站和流动测站上进行同步观测，利用在固定测站上所测得卫星定位误差数据改正流动测站上定位结果的卫星定位。
差分GPS（DGPS，differential GPS-DGPS）就是首先利用已知精确三维坐标的差分GPS基准台，求得伪距修正量或位置修正量，再将这个修正量实时或事后发送给用户（GPS导航仪），对用户的测量数据进行修正，以提高GPS定位精度。
根据差分GPS基准站发送的信息方式可将差分GPS定位分为三类，即：位置差分、伪距差分和相位差分。
差分GPS (DGPS)是在正常的GPS外附加(差分)修正信号，此改正信号改善了GPS的精度。
这三类差分方式的工作原理是相同的，即都是由基准站发送改正数，由用户站接收并对其测量结果进行改正，以获得精确的定位结果。
卫星导航差分系统和增强系统（三）
卫星课堂 • Satellite Classroom０６２《卫星与网络》２０１８年４月2.3 实现方案2.3.1 局域差分系统局域差分系统（Local Arae Differential GNSS ，LADGNSS ）的工作原理建立在基准站和用户的误差与同一时空相关基础上，基准站和用户对导航卫星同步同轨跟踪，通过伪距差分技术，当基准站和用户之间的距离间隔小于150km 时，用户定位精度一般优于5m 。
当基准站和用户之间的距离增大，特别是间隔大于300km 时，基准站和用户之间定位误差的相关性就会减弱，用户定位精度就会迅速降低。
LADGNSS 系统包括基准站、数据通信链和用户终端三部分，如图5所示。
LADGNSS 系统基准站需要有厘米级精度的三维位置坐标，基准站周围在全视野内至少应有高度角5°以上的净空间，基准站配置的导航接收机应能提供伪距和载波相位信息，以及与之匹配的自动气象记录仪。
用户导航接收机应具备接收差分信号和解调解码功能。
在大多数运行的LADGNSS 系统中，基准站不测定位置坐标误差，而是测定并广播每颗可见卫星的伪距校正值。
在LADGNSS 方案中，参考站的位置是确定的，并播发差分修正信息，LADGNSS 无线链路所用频段为100kHz ～1.5GHz 。
LADGNSS 定位精度取决于用户与参考站的距离，以及无线电链路发射差分修正信息的延迟量。
LADGPS 系统主要应用于城市或近海域建立一个或多个基准站和播发站的LADGNSS 网，提供较高精度的实时导航和定位服务。
20世纪80年代后期，为满足美国对海事导航的定位精度需求，美国海岸警卫队USCG 研发了海事GPS 差分系统——MDGPS ，从1989年开始陆续改造MDGPS 系统的无线电信标，采用283.5kHz ～325.0kHz 频段，广播RTCM SC-104电文格式的GPS 差分改正数据，数据传输速率为100bps ，覆盖美国沿海区域、大湖地区、美国大陆的内河水路、夏威夷、阿拉斯加以及波多黎等地区。
差分增强系统分类和局域差分GPS技术..
伪距差分（一）
读RINEX文件 观测值同步 计算每个接收机的接收机钟差 计算卫星位置 没有概略坐标（流动站），就是一个 单点定位（坐标+接收机钟差） 基准站（有了准确坐标） 组成双差观测值
伪距差分（一）
组成双差观测值
单差观测值（同一卫星不同测站之间观测值求差 ） 选择一个参考卫星（观测值质量最好，选择高度 角最大的一颗卫星） 组成双差观测值
伪距观测方程
系数矩阵 常数矩阵
最小二乘平差
伪距差分（二）
读RINEX文件 观测值同步 计算每个接收机的接收机钟差
计算卫星位置 没有概略坐标（流动站），就是一个单点定位（ 坐标+接收机钟差） 基准站（有了准确坐标） 计算出每颗卫星的改正数（准确的几何距离-伪距 观测值=改正数） 流动站单点定位的时候（应用改正数） 流动站准确坐标
全球差分增强系统
全球范围 多站 精密单点定位技术
增强系统（WAAS）
WAAS China MSAS QZSS
EGNOS
GAGAN
SA/WAAS
世界已建或在建 WAAS 系统
北美地区
WAAS
欧洲
EGNOS
日本
MSAS（MTSAT Satellite-base Augmentation System ） QZSS
载波相位差分的处理过程
XX+GPS基准站站载波相位差分 数据和基准站的坐标 XX+GPS流动站观测数据和星历
单点定位解算
载波相位观测值双差观测值
组成观测方程
模糊度是否固定？
否
最小二乘浮点解
模糊度搜索
是
模糊度是否成功？
否
差分定位介绍
跟踪观测GPS卫星的 伪距相位 测得的伪距、相位和 电离层延时的结果传 输到中心站 计算三项误差的改正 数包括卫星星历误差、 卫星钟差、电离层延时 将这些误差改正用数 据通信链传输到用户 站 用户用接收到的误差 改正观测量，得到GPS 精确定位
网络RTK—虚拟参考站(VRS)
•由若干个连续运行的 GNSS基准站、控制中心 和用户站（移动站）构成。
载波相位差分
• 接收机间一次差（单差）
基准站 A与用户台B到第j 颗卫星的伪距：
j j aj Raj c(d a d sj ) d aj d aion d atrop dM aj vaj j j bj Rbj c(d b d sj ) d bj d bion d btrop dM bj vbj
基准站的接收机测量的伪距 i 伪距的改正数 i Ri i
( X b，Yb，Z b )
用户至卫星的伪距 i (u )
基准站接收机计算出基站至 可见卫星的距离，并将此距离 与含有误差的测量值加以比较
经过差分修正的伪距
ˆi (u ) i (u ) i
载波相位伪距测量
Radio Technical Commission for Maritime Services Special Committee No. 104
RTCM-SC 104的电文类型: 21类共63种电文格式
差分GPS改正数 △差分GPS改正数 基准站参数 测地工作 卫星星座健康状态 零帧 信标历书 伪卫星历书 部分卫星差分改正数 P码差分改正数（全部卫星） C/A码，L1，L2△改正数 伪卫星站参数 地面发射机参数 测地辅助电文 电离层、对流层电文 专用电文 星历历书 未改正的载波相位观测量 未改正的伪距观测量 RTK载波相位改正数 RTK伪距改正数 未定义 专利信息 其他用途信息
GPS卫星定位原理与方法—复习资料
9.预报星历：是通过卫星发射的含有轨道信息的导航电文，传递给用户，经解码获得所需的卫星星历，也称广播星历。
包括：1）相对某一参考历元的开普勒轨道参数2）必要的轨道摄动项改正参数3）参考星历18.宽巷与窄巷定义：宽巷（Wide-lane）解：宽巷组合观测值窄巷（Narrow-lane）解：窄巷组合观测值。
32.协议天球坐标系：为建立一个与惯性坐标系相接近的坐标系，通常选择某一时刻t0作为标准历元，并将此刻地球的瞬时自转轴（指向北极）和地心至瞬时春分点的方向，经过该瞬时岁差和章动改正后，作为z轴和x轴。
33.协议地球坐标系CTS：以协议地极为基准点的地球坐标系称为协议地球坐标系34.天球空间直角坐标系：原点位于地球的质心，z轴指向天球的北极，x轴指向春分点γ，y轴与x、z轴构成右手坐标系。
35.天球球面坐标系：原点位于地球的质心，赤经α为含天轴和春分点的天球子午面与经过天体s的天球子午面之间的交角，赤纬δ为原点至天体的连线与天球赤道面的夹角，向径r为原点至天体的距离。
36.地心空间直角坐标系：原点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴指向格林尼治平子午面与赤道的交点E，Y轴垂直于XOY平面构成右手坐标系。
37.地心大地坐标系：地球椭球的中心与地球质心重合，椭球短轴与地球自转轴重合，大地纬度B为过地面点的椭球法线与椭球赤道面的夹角，大地经度L为过地面点的椭球子午面与格林尼治平大地子午面之间的夹角，大地高H为地面点沿椭球法线至椭球面的距离。
二、简答题4. 地面监控系统组成几个部分作用？主控站—管理协调各部分作用，编制导航电文送往注入站监测站—伪距测量各卫星，记录气象元素传送给主控站注入站—向GPS卫星输入导航电文和其他命令通信和辅助系统—数据传输和其他辅助服务7. 在协议地球坐标系中GPS卫星位置的计算步骤：（1）计算真近点角fs（2）计算升交距角及轨道摄动改正项（3）计算升交距角、卫星的地心距离及轨道倾角（4）计算卫星在轨道坐标系中的坐标（5）计算升交点的经度（6）计算在协议地球坐标系中的空间直角坐标。
卫星导航差分系统和增强系统(十二)
3.4.2 欧洲静止轨道卫星导航重叠服务３．４．２．１ 系统组成欧洲地球静止轨道卫星导航重叠服务（Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｇｅｏｓｔａｔｉｏｎａｒｙ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｏｖｅｒｌａｙ Ｓｅｒｖｉｃｅ，ＥＧＮＯＳ）是ＧＰＳ在欧洲的星基增强系统（ＳＢＡＳ），目的是在欧洲民用航空委员会（Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｉｖｉｌ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ＥＣＡＣ）服务区域从定位精度和完好性两个方面改善ＧＰＳ的导航性能，其中完好性需要满足导航服务的可用性和连续性指标要求。
ＥＧＮＯＳ系统通过ＧＥＯ卫星广播ＧＰＳ卫星轨道和时钟改正数、电离层延迟改正数、完好性信息，给出具有较高置信度的位置误差边界，达到增差分系统和增强系统（十二）卫星导航＋刘天雄强ＧＰＳ服务的目标。
２００２年，欧盟和欧空局（ＥＳＡ）启动ＥＧＮＯＳ系统论证，２００５年建设地面运行控制系统并同步部署卫星，２００８年１月份系统空间段卫星播发导航增强信号，２０１０年ＥＧＮＯＳ全面运营。
ＥＧＮＯＳ系统由地面段、空间段、用户段三部分组成，如图３７所示，地面段由４个任务控制中心（Ｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｅｎｔｅｒ，ＭＣＣ）、４１个地面测距和完好性监测站（Ｒａｎｇｉｎｇ ａｎｄ Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｔａｔｉｏｎ，ＲＩＭＳ）、６个地面导航增强信息注入站（Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｌａｎｄ Ｅａｒｔｈ Ｓｔａｔｉｏｎ，ＮＬＥＳ）和一套ＥＧＮＯＳ系统广域通信网络（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ，ＥＷＡＮ）组成。
ＭＣＣ图３７ ＥＧＮＯＳ系统组成负责任务控制和数据处理工作，４个ＭＣＣ中１个工作，１个热备，２个冷备；４１个ＲＩＭＳ分布在欧洲２０余个国家，负责监测ＧＰＳ和ＧＬＯＮＡＳＳ卫星信号。
空间段包括３颗ＧＥＯ卫星，卫星播发中心频点为１５７５．４２ＭＨｚ的ＥＧＮＯＳ增强信号。
此外，ＥＧＮＯＳ系统配置了系统性能评估和检查机构（Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｈｅｃｋｏｕｔ Ｆａｃｉｌｉｔｙ，ＰＡＣＦ）以及应用检定机构（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｑｕａｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｆａｃｉｌｉｔｙ，ＡＳＱＦ），作为系统正常运行的支撑机构。
卫星导航差分系统和增强系统（二）
卫星导航差分系统和增强系统（二）+刘天雄2 差分系统及其实现方案2.1 误差分析卫星导航系统误差源分为三类，一是所有用户共同面临的误差，包括卫星钟差、星历误差、卫星信号发射天线相位中心偏差；二是不能由用户测量或由校正模型来计算的传播误差，包括大气电离层和对流层延迟误差；三是接收机固有的误差，包括电子线路中的内部热噪声、通道延迟、接收机天线相位中心偏差以及不确定性的多路径误差，如图1所示。
误差对定位精度的影响的如图2所示。
在研究误差对卫星导航系统定位的影响时，利用差分技术可以完全消除第一类误差；可以消除大部分第二类误差，但取决于基准接收机和用户接收机之间的距离；第三类误差依靠差分技术无法消除，如空间相关性较弱的多路径误差，是变化很快的随机噪声，以及选择可用性和用户接收机噪声带来的误差。
为了消除前两类误差，在基准参考站配置高稳定度的原子钟以提供稳定频率标准，中心站获得原始测量值，对测量误差进行分析处理时，若采用误差分项分析及剥离方法，则必须建立分项误差模型。
如果提高星历误差的估计精度，就要建立卫星动力学模型，这种动力学方法用载波相位作为测量值，因此必须解决整周模糊度问题。
提高系统定位精度的方法主要是对伪距或载波相位等观测误差进行改正，采用伪距及其误差改正数可以获得亚米级定位精度，图1 卫星导航中的误差图2 误差对定位精度的影响采用载波相位观测及其误差改正数可以获得厘米级定位精度。
改正数生成方式包括观测值域改正数和状态域改正数两类，观测值域改正数不对误差源细化细分，主要对伪距或者载波相位的观测量进行综合误差改正，该改正数与地面站地理位置空间强相关，适用于局域差分改正，是用户级差分，一般地基差分系统采用观测值域差分改正；状态域改正数对伪距和载波相位误差源细化为星历、钟差、电离层延迟等误差，并分别对相应误差进行修正，改正数与地面站地理位置空间弱相关，适用于广域差分，是系统级差分服务，一般星基差分系统采用状态域差分改正。
GPS差分定位基本原理
位．并组成相位差分观测值进行实时处理，能实时给出 厘米级的定位结果。
*实现载波相位差分GPS的方法分为两类： *修正法：与伪距差分相同，基准站将载波相位修正量发
送给用户站，以改正其载波相位，然后求解坐标。为准 RTK技术．
*差分法：后者将基准站采集的载波相位发送给用户进行
对测量定位结果的影响，供流动站改正其观测值或定位结果
* 差分改正数的类型
* 距离改正数：利用基准站坐标和卫星星历可计算出站星间的计算距离，计
算距离减去观测距离即为距离改正数。
* 位置（坐标改正数）改正数：基准站上的接收机对GPS卫星进行观测，确定
出测站的观测坐标，测站的已知坐标与观测坐标之差即为位置的改正数。
优点：计算简单，适用各种GPS接收机。
缺点：要求观测同一组卫星，近距离可做到，距离较
长很难满足。
位置差分只适用于基准站与用户站相距100km以内的
情况。 整理ppt
12
*伪距差分
伪距差分时目前应用最为广泛的一种差分定位技 术。通过在基准站上利用已知坐标求出站星的距 离，并将其与含有误差的测量距离比较，并将测 距误差传输给用户，用户用此来对测距进行相应 改正。 但伪距差分很大程度上依赖两站距离，随着距离 增加，其公共误差减弱，如对流层、电离层，因 此应考虑距离因素。
根据测量值可得伪距改正数及变化率： 用户的改正伪距即为：
利用改正的伪距按观测方程计算用户坐标
整理ppt
16
优点：
*伪距改正是在ＷＧＳ－８４坐标上进行的，得到的是直接改
正数，所以可到达很高的精度。
*可提供改正数及变化率，所以在未得到改正数的空隙内能继
续精密定位。
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基准站接收机
基准站通讯设备
流动站通讯设备
流动站接收机 流动站的观测数据
基准站的观测数据 实时解算基线
基准站坐标
实时计算流动站的坐标
坐标转换
实时动动差分过程
北斗接收机 惯性导航设备
串口通信模块
动动差分定 位软件
串口通信模块
北斗原始数据 解码模块
惯导数据解码 模块
北斗载波伪 距观测数据
惯性导航 数据
动动相对定位 处理模块
相对定位 结果（俯 仰和方位 角）
数据解码模块
北斗差分数据 和惯导数据二 进制数串
串口通信模块
TCP/IP通信模块
数据接收电台
3G通信模块
差分增强系统分类
局域差分增强系统
较小范围（地区，市，省级） 单站和多站 伪距差分和载波相位差分
广域差分增强系统
较大范围（洲） 多站 伪距差分和载波相位差分
开机
开机
设置差分模式
设置差分模式
设置基准站准确坐标
等待接收基准站的伪距 差分改正数据
获取XX+GPS卫星观测数据
获取XX+GPS卫星观测数据
接收到伪距差分改正数据
生成伪距差分改正数据 并进行编码
伪距差分定位解算
通过通信模块发播差分改 正数
输出伪距差分定位结果
载波相位实时差分工作流程
卫星信号
基准站的观测数据
坐 标 改 正
根据观测值类型
伪距差分 载波相位差分
根据差分观测值类型
位置差分（坐标差分） 观测值差分
位置差分 距 离 改 正
根据工作原理和差分模型
局域差分（LADGPS – Local Area DGPS） • 单基准站差分 • 多基准站差分 广域差分（WADGPS – Wide Area DGPS） 全球差分
距离差分
实时差分
基准站设备 通信模块 基准站接收机 • 接收观测数据 • 生成差分改正数 • 写入到通讯模块端口 通信方式 UHF（陆地15km） 公共无线网络(GPRS/CDMA) 流动站设备 通信模块 流动站接收机 • 接收观测数据 • 接收差分改正数 • 差分解算
事后差分
GNSS定位技术发展历史
第四代 PPP-RTK技术
第三代
非差相位精密单点定位 （PPP）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
网络RTK技术
第二代 常规RTK 第一代 伪距单点定位 载波静态定位 广域差分定位 伪距差分定位
绝对定位
相对定位
差分GNSS的分类
根据时效性
实时差分 事后差分 根据运动状态 静静差分 静动差分 动动差分
全球差分增强系统
全球范围 多站 精密单点定位技术
增强系统（WAAS）
WAAS China MSAS QZSS
EGNOS
GAGAN
SA/WAAS
世界已建或在建 WAAS 系统
北美地区
WAAS
欧洲
EGNOS
日本
MSAS（MTSAT Satellite-base Augmentation System ） QZSS
卫星导航差分与增强系统 第二讲
差分与增强系统分类和GNSS局域差分技术
主要内容
1. 2. 3. 4. 差分增强系统分类 局域差分GPS实时定位技术 局域差分GPS的作用和优缺点 常规RTK技术
常规RTK概述 RTK类型 RTK系统 RTK的作业误差 多基准站RTK RTK应用常见问题
伪距观测方程
系数矩阵 常数矩阵
最小二乘平差
伪距差分（二）
读RINEX文件 观测值同步 计算每个接收机的接收机钟差
计算卫星位置 没有概略坐标（流动站），就是一个单点定位（ 坐标+接收机钟差） 基准站（有了准确坐标） 计算出每颗卫星的改正数（准确的几何距离-伪距 观测值=改正数） 流动站单点定位的时候（应用改正数） 流动站准确坐标
伪距差分基本原理
伪距观测值
XX+GPS基准站站伪距差分数据 和基准站的坐标 XX+GPS流动站观测数据和星历 单点定位解算
伪距观测值改正
组成观测方程
最小二乘解算
伪距差分结果输出
伪距差分的特点
伪距差分是基于双差伪距观测值进行的差分 解算，因为伪距观测值不存在模糊度的关系， 因此算法简单。 但是由于伪距观测值的量测精度不高，伪距 差分定位的精度只能在分米级。 伪距差分能抵消两站之间的相关误差，但随 着用户离基准站的距离的增大，与空间相关 的误差的相关性在减小。这样基准站对流动 站的改正作用也越来越小，因此，流动站的 定位精度相应的迅速降低。
载波相位差分的处理过程
XX+GPS基准站站载波相位差分 数据和基准站的坐标 XX+GPS流动站观测数据和星历
单点定位解算
载波相位观测值双差观测值
组成观测方程
模糊度是否固定？
否
最小二乘浮点解
模糊度搜索
是
模糊度是否成功？
否
输出固定解结果
输出浮点解结果
实时伪距差分工作流程
安置流动站接收机
安置基准站接收机
伪距差分（一）
读RINEX文件 观测值同步 计算每个接收机的接收机钟差 计算卫星位置 没有概略坐标（流动站），就是一个 单点定位（坐标+接收机钟差） 基准站（有了准确坐标） 组成双差观测值
伪距差分（一）
组成双差观测值
单差观测值（同一卫星不同测站之间观测值求差 ） 选择一个参考卫星（观测值质量最好，选择高度 角最大的一颗卫星） 组成双差观测值
同步原始观测数据采集 流动站数据采集 基准站数据采集 数据格式转换和导入 事后数据差分处理 动态（基准站静态、流动站动态） 静态（基准站和流动站都是动态） 动动（基准站动态、流动站动态） 事后动态差分处理的优势 所有数据都可以用，有利于模糊度解算和 周跳检测，质量控制 可以进行正算和反算
印度
GAGAN
中国
北斗增强系统
全球差分系统
随着网络技术和通信技术的迅速发展，2000年，美国喷气推进实验室JPL（Jet Propulsion Laboratory），提出基于网络的全球差分系统IGDG(Internet-based Global Differential GPS)，旨在实现全球任何地点、任何时间无缝隙高精度实时定位 的思想，也称为全球差分GPS系统。NASA(National Aeronautics Space Administration) 全球差分GPS网络中的18基准站数据通过开放式网络实时传送到JPL 计算实时卫星位置与钟差，并把广播星历轨道与钟差的改正实时通过开放式网络发送给 用户，用户实时定位的测试精度达到分米级。这对于广域高精度实时定位取得了突破性 的进展，IGDG与传统的DGPS服务相比，定位精度提高了一个量级。2003年, IGDG增 强GPS网络中实时永久性跟踪站的体系构成，及DGPS服务领域扩展到世界范围，实现 全球差分GPS无缝隙的定位。NASA 全球差分GPS系统动态精度达到水平10cm，高程 20cm，差分信息的数据有效率达到99%以上，也是目前国际上唯一能实现全球实时精 密差分GPS定位的系统。下图为美国NASA全球差分系统结构示意图。